云計算與云安全課程建設(shè)方法的探索與實踐

于程程 蔣文蓉 閆季鴻

摘? 要：目前云計算技術(shù)發(fā)展迅速、安全問題日益嚴重，云計算與云安全方面的人才急需，云計算與云安全課程在高校的建設(shè)需求日益突出。該文從課程選材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面闡述云計算與云安全課程的建設(shè)方法。該課程繼承了傳統(tǒng)云計算課程的基本要求，同時還結(jié)合了云安全及相關(guān)新興技術(shù)等內(nèi)容模塊。此外，創(chuàng)新地使用了實地考察、產(chǎn)學(xué)研合作等模式豐富課程的教學(xué)內(nèi)容與方式。

關(guān)鍵詞：云計算? 云安全? 課程建設(shè)? 實地考察? 產(chǎn)學(xué)研

云計算是計算機科學(xué)與工程中迅猛發(fā)展的新型學(xué)科之一，也是計算機應(yīng)用中十分活躍的重要領(lǐng)域。目前，中國云計算與云安全方面人才緊缺，云計算相關(guān)職業(yè)增長迅速。因此，全國高校都在根據(jù)自身實際情況開設(shè)云計算相關(guān)課程，培養(yǎng)云計算方面的專業(yè)人才。同時，云計算相關(guān)技術(shù)正處在高速發(fā)展的過程中，這對高校培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才提出更高要求。

云計算是分布式處理、并行計算、網(wǎng)格計算與虛擬化等多項傳統(tǒng)計算機技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。隨著越來越多的企業(yè)將服務(wù)部署在云端，云安全問題至關(guān)重要。云計算與云安全課程正式在這種背景下在上海第二工業(yè)大學(xué)建立起來的。該課程旨在學(xué)生了解云計算基礎(chǔ)及掌握相關(guān)技術(shù)原理和方法，熟悉云安全技術(shù)體系及相關(guān)技術(shù)，并創(chuàng)新地引入?yún)^(qū)塊鏈、人工智能新興云服務(wù)等前沿技術(shù)知識，采用理論與實踐相結(jié)合的方式，鍛煉學(xué)生的動手能力，加深其對理論知識的理解。

云計算相關(guān)課程建設(shè)的研究[1-2]歸納了較為全面的課程內(nèi)容體系，但卻缺乏關(guān)于云安全技術(shù)和新興云服務(wù)等內(nèi)容的擴展。此外，其課程形式和內(nèi)容較為單一。該課程的建設(shè)還引入了實地考察、產(chǎn)學(xué)合作等模式，以豐富學(xué)生的學(xué)習資源。筆者對云計算與云安全課程的建設(shè)進行探索與實踐，通過課程選材、課程內(nèi)容建設(shè)、課程方法建設(shè)、考核方法建設(shè)這幾個方面來全面解析該課程建設(shè)的具體內(nèi)容。

1? 課程選材

該門課程的教材參考了多個云計算與云安全相關(guān)書籍和論文，從中凝練出該門課的主體內(nèi)容。其中包括劉鵬主編的《云計算（第3版）》[3]，該書涵蓋較全面的云計算基礎(chǔ)和相關(guān)技術(shù)知識，因此該課程采用該書作為云計算部分的主要參考依據(jù)。另外，該課程還采用《云計算安全技術(shù)》[4]作為云安全部分的主要參考依據(jù)。該課程采用林子雨主編的《大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用》[5]作為Hadoop相關(guān)知識和實踐上機課程的主要參考依據(jù);其次還有一些區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)論文[6]作為課程其他內(nèi)容的參考和補充。同時鼓勵學(xué)生自行進一步地探索相關(guān)技術(shù)。

2? 課程內(nèi)容建設(shè)

通過云計算與云安全課程的學(xué)習，使學(xué)生了解云計算概念、技術(shù)和原理;熟悉云安全技術(shù)體系及相關(guān)技術(shù);了解云計算研究熱點與應(yīng)用領(lǐng)域;并通過實踐課程鍛煉學(xué)生動手能力、開拓思維與眼界。該課程是理論與實踐相結(jié)合的方式進行教學(xué)。因此，該文將從理論和實踐兩個角度來建設(shè)課程內(nèi)容體系。

2.1 理論內(nèi)容建設(shè)

云計算與云安全課程的理論內(nèi)容安排分為以下幾個部分：云概念、云技術(shù)、云服務(wù)及應(yīng)用、開源云計算系統(tǒng)、云安全技術(shù)、云計算和云安全相關(guān)技術(shù)前沿。

（1）云概念。云概念講述述云計算的由來、概念、發(fā)展現(xiàn)狀、服務(wù)類型、部署模式、國內(nèi)外云計算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀等關(guān)于云計算與云安全的基本概念。幫助學(xué)生對于云計算與云安全形成一個初步認識。

（2）云技術(shù)。云技術(shù)將介紹主流云計算技術(shù)體系，包括云存儲技術(shù)、云處理技術(shù)、云數(shù)據(jù)庫、虛擬化技術(shù)。云存儲技術(shù)包括谷歌的GFS、亞馬遜AWS的Dynamo和S3、淘寶分布式文件系統(tǒng)等;云處理包括谷歌的MapReduce等;云數(shù)據(jù)庫包括Google的BigTable、阿里巴巴的OceanBase等;虛擬化技術(shù)則從服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)和桌面虛擬化4個方面進行介紹。

（3）云服務(wù)及應(yīng)用。此部分將通過亞馬遜、微軟或者華為等云計算服務(wù)提供商的角度來介紹云的整體架構(gòu)、提供的服務(wù)，包括云安全服務(wù)，并利用相應(yīng)的真實案例來介紹具體的云應(yīng)用。

（4）開源云計算系統(tǒng)。課程將重點介紹兩個開源系統(tǒng)，Hadoop和OpenStack。Hadoop是大數(shù)據(jù)存儲和處理的經(jīng)典開源工具，課程將從其由來、相關(guān)項目、技術(shù)原理及應(yīng)用幾個角度進行介紹Hadoop大家族，包括HDFS、HBase等。OpenStack是一個免費的開源虛擬化平臺，課程將從其體系架構(gòu)、技術(shù)原理等方面進行介紹。

（5）云安全技術(shù)。云安全技術(shù)將分析云安全威脅、云安全技術(shù)架構(gòu)體系，然后從云的數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、隱私安全等角度具體剖析云安全相關(guān)技術(shù)。

（6）云計算與云安全前沿技術(shù)。針對云計算與云安全的前沿的研究論文和企業(yè)實際推出的前沿產(chǎn)品等繼續(xù)進行討論。例如，區(qū)塊鏈技術(shù)實際上是一個解決信任問題的分布式賬本，可應(yīng)用于多個領(lǐng)域，從一定程度上可解決云安全問題，而云計算與區(qū)塊鏈的結(jié)合則產(chǎn)生了區(qū)塊鏈即服務(wù)的云服務(wù)模式。

2.2 實踐內(nèi)容建設(shè)

云計算與云安全實踐課程的目的是通過實地參觀或者上機實驗等方式來深化理論課程的理解，并鍛煉其動手能力。具體實踐課程內(nèi)容安排如下。

（1）實地考察。學(xué)生通過實地考察企業(yè)的數(shù)據(jù)中心、云服務(wù)及應(yīng)用、云安全建設(shè)等，讓學(xué)生對理論知識有更加生動的理解，并開拓眼界。

（2）虛擬化實踐。學(xué)習使用VMware workstation虛擬化工具來創(chuàng)建虛擬機，使學(xué)生掌握基本的Linux系統(tǒng)安裝方法和操作技巧;學(xué)習使用OpenStack工具來搭建虛擬化平臺進行虛擬化相關(guān)工作。

（3）Hadoop安裝和使用。在創(chuàng)建的虛擬機上學(xué)習安裝Hadoop;針對Hadopp中的文件存儲系統(tǒng)HDFS，使用shell命令和API編程等方法進行文件的處理。使學(xué)生了解整個Hadoop安裝流程以及利用HDFS進行文件處理。

（4）MapReduce編程。介紹MapReduce編程原理，進行MapReduce編程實踐，并在安裝好的Hadoop集群上運行MapReduce任務(wù)。使學(xué)生了解如何利用MapReduce框架來解決實際問題，并學(xué)習如何進行錯誤處理等。

（5）Hbase安裝和使用。在搭建好的Hadoop集群基礎(chǔ)上安裝配置Hbase云數(shù)據(jù)庫，并學(xué)習利用shell命令和Java API的方法來對Hbase進行數(shù)據(jù)的處理。使學(xué)生學(xué)習云數(shù)據(jù)的基本原理和使用過程。

（6）AWS云應(yīng)用實踐。學(xué)習使用AWS提供的基礎(chǔ)服務(wù)，包括EC2、S3、RDS等，并利用基礎(chǔ)服務(wù)進行網(wǎng)站創(chuàng)建和托管等應(yīng)用服務(wù)。使學(xué)生了解云服務(wù)提供商提供的具體服務(wù)，并在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)建的真實應(yīng)用。

3? 教學(xué)方法建設(shè)

云計算與云安全課程是以教師為向?qū)В詫W(xué)生為主體的教學(xué)理念貫徹理論和實踐教學(xué)的始末。針對課程內(nèi)容的不同，合理地進行教學(xué)設(shè)計。采用啟發(fā)式教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、分析問題和解決問題的能力。

理論教學(xué)過程中結(jié)合傳統(tǒng)課堂與討論式的教學(xué)方式之外，嘗試加入對分課堂[7]的教學(xué)模式，教師教授在先，學(xué)生學(xué)習在后，從而充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習意識，鼓勵學(xué)生探索新興科技的發(fā)展。同時，每次課程介紹都會配套相應(yīng)的課后作業(yè)，內(nèi)容可以是論述簡答等傳統(tǒng)作業(yè)形式，也可以是開放式的問題，如讓學(xué)生通過課上的學(xué)習內(nèi)容結(jié)合自己查閱的資料來形成大作業(yè)。

實踐教學(xué)采用實地考察+上機實踐兩種方式進行。通過實地考察企業(yè)云服務(wù)的應(yīng)用、數(shù)據(jù)中心的搭建、云計算展廳等，讓學(xué)生從真實的企業(yè)應(yīng)用環(huán)境中感受云服務(wù)及應(yīng)用的落地實施，從而深化理解所學(xué)知識、增加學(xué)生的學(xué)習動力、開拓學(xué)生的視野。上機實踐部分，一方面使用Hadoop等開源系統(tǒng)作為上機實踐的主要內(nèi)容，每節(jié)課通過階段性驗收打分來調(diào)動學(xué)生的上機實踐熱情，同時鼓勵學(xué)生查看源碼，進一步加深理解其設(shè)計思想;另一方面采用校企合作的形式，從企業(yè)獲取相應(yīng)資源以供學(xué)生上機學(xué)習實踐。例如，教師可以申請加入AWS Education項目，構(gòu)建網(wǎng)上課堂，學(xué)生可以在AWS網(wǎng)站上進行相關(guān)的學(xué)習。

4? 課程考核建設(shè)

課程考核以檢查學(xué)生對各知識點的掌握程度和應(yīng)用能力為重要內(nèi)容，介于云計算與云安全是一門理論性強、實踐要求高的課程，課程的考核包括平時考核、實驗考核和期末考核3個部分。摒除了以往單一的期末閉卷考試考核的弊端，從多方面、多角度來構(gòu)建學(xué)生的考核體系。

平時成績將通過兩個方面進行考核：一是學(xué)生的出勤情況和課堂表現(xiàn)情況，該部分主要考核學(xué)生的學(xué)習態(tài)度情況。二是學(xué)生課后作業(yè)的完成情況。實驗考核部分，每次實踐上機課程任務(wù)都按照階段完成情況來打分，每完成一部分任務(wù)則在原來分數(shù)的基礎(chǔ)上加分。期末考核部分為筆試閉卷考試，考核學(xué)生對于平時學(xué)習知識的掌握情況，包括使用所學(xué)知識進行分析問題和解決問題的能力等。

5? 結(jié)語

云計算與云安全課程在當前云計算技術(shù)發(fā)展迅速、云安全問題日益嚴重的背景下而設(shè)立，該文從選材、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方法等多個角度闡述該課程的建設(shè)方案。教學(xué)內(nèi)容方面除了云計算技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，突出云安全方面的知識與技術(shù)。使用包括對分課堂、實地考察、產(chǎn)學(xué)研等多種教學(xué)方式來豐富教學(xué)方式及內(nèi)容，進一步提高學(xué)生的自主學(xué)習興趣和能力。最后使用多角度的考核方式來全方位的考核學(xué)生掌握知識的能力。

參考文獻

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